粤教版 (2019)选择性必修 第三册第三节 光的波粒二象性练习

4.3光的波粒二象性基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第三册

一、选择题（共15题）

1．对于光的认识，下列说法不正确的是（       ）

A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的

B．光既具有波动性又有粒子性

C．光具有波动性就不具备粒子性，反之亦然

D．光不但是一种波，而且是一种电磁波

2．下列说法正确的是

A．爱因斯坦在研究黑体辐射的过程中提出了能量子的假说

B．康普顿效应说明光子有动量，即光具有粒子性

C．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性

D．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构

3．下列说法正确的是（　　）

A．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长相同的成分，还有波长小于入射波长的成分，这个现象称为康普顿效应

B．1912年，德国物理学家劳厄提议利用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅，来检验电子的波动性。实验最终获得成功，证实了电子是一种物质波

C．加速电压越大，电子显微镜的分辨本领越强

D．光的波动性是由光子之间的相互作用引起的

4．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是（　　）

A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子

B．在光电效应实验中，光照时间越长光电流越大

C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关

D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应

5．关于光的本性认识，下列说法正确的是（　　）

A．光电效应说明光具有粒子性，因而否定了光的波动性

B．光的频率越高，其波动性越显著

C．在光的单缝衍射实验中，衍射条纹的宽度不相等

D．用很弱的光长时间照射双缝得到干涉图样，说明光只有波动性

6．下列各种叙述中,符合物理学史实的是(             )

A．康普顿效应证明了光具有波动性

B．德布罗意波证明了实物粒子具有波动性

C．普朗克为了解释光电效应的规律,提出了光子说

D．光电效应现象是爱因斯坦首先发现的

7．美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．关于康普顿效应，以下说法正确的是(　　)

A．康普顿效应现象说明光具有波动性

B．当光子与晶体中电子碰撞后，光子能量减少

C．当光子与晶体中电子碰撞后，光子频率增加

D．当光子与晶体中电子碰撞后，光子质量不变

8．下列说法正确的是（　　）

A．一切物体都能向外辐射电磁波

B．用蓝光照射某金属时能发生光电效应，则改用红光照射该金属也一定能发生光电效应

C．光电效应中，从金属中逸出的光电子就是光子

D．光电效应和康普顿效应说明光具有波动性

9．下列说法中正确的是

A．光电效应实验中,只有入射光频率小于极限频率才能产生光电子

B．若某材料的逸出功是W0,则它的极限频率νc=

C．大量光子的效果往往表现出粒子性,个别光子的行为往往表现出波动性

D．在光电效应现象中,增大入射光的频率一定能增大光电流

10．物理学是一门以实验为基础的科学，任何学说和理论的建立都离不开实验，下面给出了几个在物理学发展史上有重要地位的物理实验，以及与之相关的物理学发展史的说法，其中错误的是（       ）

A．粒子散射实验是原子核式结构理论的实验基础

B．光电效应实验表明光具有粒子性

C．电子的发现揭示了原子不是构成物质的最小微粒

D．康普顿效应进一步证实了光的波动特性

11．下列说法正确的是（       ）

A．卢瑟福粒子散射实验证明了汤姆孙的“西瓜模型”的正确性

B．贝克勒尔发现天然放射性现象，揭示了原子核具有复杂结构

C．比结合能越大的原子核，核子的平均质量也越大

D．康普顿效应说明光具有波动性

12．下列说法正确的是

A．光电效应表明光具有粒子性，康普顿效应表明光具有波动性

B．各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子发出的谱线都一样

C．放射性元素的半衰期与元素所处的物理和化学状态有关

D．氡的半衰期为3.8天，4克氡原子核，经过7.6天后还剩下1克氡原子核未衰变

13．下列说法正确的是（　　）

A．康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略小

B．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子处于激发态的量子数越大，核外电子动能越大

C．在研究光电效应现象实验中，饱和光电流的大小与入射光的强弱无关

D．平均结合能小的原子核结合成或分裂成平均结合能大的原子核时一定会放出核能

14．有人设想在遥远的宇宙探测时，给探测器安上面积极大、反射率极高（可认为100%）的薄膜，并让它正对太阳，用光压为动力推动探测器加速。已知探测器在某轨道上运行时，每秒每平方米面积获得的太阳光能为E=1.5×104 J，薄膜面积为S=6.0×102 m2，若探测器总质量为M=60 kg，光速c=3.0×108 m/s，那么下列最接近探测器得到的加速度大小的是（根据量子理论，光子不但有能量，而且有动量。光子动量的计算式为p=，其中h是普朗克常量，λ是光子的波长）（　　）

A．1.0×10－3 m/s2

B．1.0×10－2 m/s2

C．1.0×10－1 m/s2

D．1 m/s2

15．氢原子能级如图所示，某次实验发现电子分别从第三激发态和第二激发态直接跃迁回基态，并辐射产生a光和b光。已知可见光的光子能量在到之间，下列说法正确的是（　　）

A．a光的光子动量大于b光的光子动量

B．利用a光和b光分别进行双缝干涉实验，在其他实验条件相同的情况下，a光形成的干涉条纹间距更宽

C．用a光照射大量处于基态的氢原子，有可能辐射射线

D．用a光照射大量处于基态的氢原子，至多可辐射出2种可见光

二、填空题（共3题）

16．下列说法正确的有________

A．普朗克曾经大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子

B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一

C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大

D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小

E．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短

17．康普顿效应和光子的动量

（1）康普顿效应：在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长____λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。

（2）康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子不仅具有能量而且具有动量。

（3）光子的动量

a.表达式：。

b.说明：在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子的动量可能变小。因此，有些光子散射后波长_____。

18．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角．

(1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．

(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．

(3)光电效应实验和康普顿实验都证明了光具有________(填“粒子性”或“波动性”)．甲图中金属片张开是因为验电器带________(填“正”或“负”)电，若改用强度较弱的紫外线照射锌板________(填“能”或“不能”)使金属片张开；乙图中ν1________ν(填“>”、“<”或“＝”)．

三、综合题（共4题）

19．小玲同学认为，光波和声波都具有波动性，只不过光波的频率高，波长较短、对此，你认同她的观点吗？为什么？

20．由阴极K发射的电子（质量为m，电量为e，设其初速度为零）经加速极A加速后垂直射向一开有两条平行狭缝的屏，电子自狭缝出射后打到一荧光屏上，如图所示。由于电子具有波动性，荧光屏将出现明暗相间的条纹。设加速极A与阴极K之间的电压为U，两平行狭缝间的距离为d，试问：

（1）在整个装置的轴线与荧光屏的交点О处，将出现暗条纹还是亮条纹？

（2）设位于轴线外侧的第一条亮条纹出现在θ角处，写出θ的表示式（以m，e，d，V及其他有关恒量表示）。

21．守恒是物理学中的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题：

（1）如图所示将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。沿虚线将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB判断这两部分电荷量的正负及大小关系，并说明理由。

（2）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。请在图中通过作图表示出散射后X光子的动量，并简述作图的依据。

（3）波是传递能量的一种方式，传播过程能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简谐波的振幅， 为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度I表示波在单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量。

a.简谐波沿直线传播的速度为v，证明波的能流密度

b.球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源r1和r2处的振幅之比A1：A 2。

22．已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为P0。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为，光速为c。普朗克常量为h。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为R的半球体，球心为O，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为R的圆盘。

（1）试比较单位时间打到半球面上的光子数N甲和单位时间打到圆盘上的光子数N乙的大小关系；

（2）由于太阳光的作用，会使半球体或圆盘受到一个向下的压力。为比较太阳光对图甲中半球体的压力和对图乙中圆盘的压力的大小关系，某同学想到了利用微元法的思想来进行计算。他在半球面上取一条很窄的环带状球面ABCD，AB是一个以O1为圆心的圆的直径，CD是以O1正上方离O1很近的O2（图中未画出）为圆心的圆的直径，∠AOO1=θ。由于AD很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成θ角的斜面。设该环带状球面的面积为S1，其在地面上的投影记为S2。试在以下两种情况下分别写出太阳光对S1面和对S2面（假设太阳光直接穿过球面照射到S2上）的压力的表达式，并比较大小。

A．所有照射到球面上的太阳光均被吸收；

B．所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律。

参考答案：

1．C

2．B

3．C

4．D

5．C

6．B

7．B

8．A

9．B

10．D

11．B

12．D

13．D

14．A

15．A

16．ABD

17．     大于     变大

18．     减小     无     粒子性     正     能     >

19．不认同；

光波是电磁波，声波是机械波，本质不同，光波有波粒二象性，声波只能体现波动性，所以不认同她的观点。

20．（1）亮条纹；（2）

21．（1）QA=QB；；（2）；（3）a.；b.。

22．（1）；

（2）A．在时间内，射到S1面上的光子数为

光子被完全吸收，根据动量定理，光子受到的力为F1，则

得

根据牛顿第三定律，S1面受到的力为

同理，S2面受到的力为

又因为，故           

B．在在时间内，射到S1面上的光子数仍为，所有光子均被反射，设每个光子被反射前、后的动量变化量为，则

方向垂直于S1面，如图所示

根据动量定理，光子受到的作用力F3，则

得

方向垂直于S1面斜向上

根据牛顿第三定律，S1面受到的力垂直于S1面斜向下，其竖直向下的分力为S1面所受到的合力，即

同理，可求出S2面所受到的光子作用力为F4

故得

可见。                 ‍